Pembakaran gambar kamera laser ultra cepat dalam waktu nyata

Kamera laser single-shot berkecepatan sangat tinggi telah mencitrakan bagaimana hidrokarbon terbakar dengan detail terbesar. Selain menyoroti proses yang terjadi selama pembakaran, teknik ini – dikembangkan oleh tim fisikawan dan insinyur di California Institute of Technology di AS, yang Universitas Gothenburg di Swedia dan Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg di Jerman – dapat membantu mengungkap misteri fundamental dalam fisika modern seperti plasma panas, sonoluminescence, dan fusi nuklir, kata para peneliti. Teknologi ini juga berguna untuk pencitraan biomedis dan untuk mengamati bagaimana cahaya merambat dalam material secara real time.

Molekul polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) dan partikel jelaga yang dihasilkan ketika hidrokarbon dibakar memiliki masa pakai yang sangat singkat (di urutan nanodetik) dan reaksi pembakaran pada umumnya sangat cepat dan sekali tembak – artinya, tidak berulang. Oleh karena itu, mempelajari pembakaran memerlukan pencitraan ultracepat untuk menangkap proses ini.

Para peneliti yang dipimpin oleh Yogeshwar Nath Mishra, menciptakan kamera laser yang dapat melakukan hal ini dengan menghasilkan video dengan kecepatan rekor 12.5 miliar gambar per detik. Ini setidaknya seribu kali lebih cepat daripada teknik kecepatan tinggi saat ini yang dibatasi hingga satu juta frame per detik (fps). Perangkat baru ini bekerja dengan memotret material dalam lapisan dua dimensi menggunakan teknik yang disebut single-shot laser sheet compressed ultrafast photography (LS-CUP).

Metode ini didasarkan pada penembakan pulsa laser berdurasi nanodetik tunggal ke sampel, berbeda dengan teknik sebelumnya yang menggunakan banyak pulsa untuk mencapai satu juta fps. Pulsa ini dapat mengubah sifat fisik dan optik jelaga karena laser menambahkan energi dan panas ke sistem.

“Teknik ini memungkinkan kami mengekstraksi parameter kritis dari dinamika cepat yang terjadi selama pembakaran, seperti masa pakai fluoresensi molekul PAH (yang berbahaya bagi lingkungan), ukuran partikel nano jelaga, ukuran gugus jelaga, dan suhu partikel,” jelas Mishra. “Untuk pertama kalinya, kami telah mengambil gambar 2D PAH satu jepretan pada 1.25 miliar fps dan, dari gambar hamburan laser, diperoleh peta ukuran hidrokarbon ini.”

Menggabungkan dua modalitas pencitraan

Dalam studi ini, tim menggabungkan dua modalitas pencitraan: pencitraan lembar laser (LS) dan fotografi ultrafast terkompresi (CUP). “Lembaran laser pada dasarnya memotong bidang 2D dari sampel 3D,” jelas Mishra. “Oleh karena itu memberikan profil spasial dan temporal dari dinamika yang terjadi di bidang yang diperiksa, misalnya, turbulensi dan interaksi antara spesies kimia yang berbeda. Untuk melakukan pencitraan bidikan tunggal, kami menerapkan algoritme penginderaan terkompresi pada gambar kamera beruntun standar, ”katanya Dunia Fisika.

Kamera dapat memfilmkan spesies kimia seperti PAH dan jelaga secara real-time, dalam urutan nanodetik hingga sub-nanodetik, tambah Mishra. “Dengan satu miliar fps, adalah mungkin untuk melihat bagaimana jelaga berevolusi dari PAH. Keuntungan lainnya adalah kami dapat merekam dua spesies pada saat yang sama karena kamera memiliki dua saluran berkecepatan tinggi – sesuatu yang sangat berguna untuk pencitraan kuantitatif.”

Fluktuasi aliran bahan bakar, tekanan, dan panas mendorong osilasi pembakaran pada mesin roket

Menurut para peneliti, yang melaporkan pekerjaan mereka di Cahaya: Sains & Aplikasi, kamera baru dapat digabungkan dengan metode pencitraan planar yang sudah ada sebelumnya untuk penelitian pembakaran. Selain studi semacam itu, LS-CUP juga dapat digunakan untuk pengamatan real-time pembakaran hidrogen, pembakaran dengan bantuan plasma, dan pembakaran serbuk logam, kata mereka.

Adapun pekerjaan di masa depan, Mishra mengatakan dia dan rekan-rekannya sekarang akan mencari untuk melakukan pencitraan ultrafast real-time untuk ukuran molekul PAH menggunakan pulsa durasi femtosecond dengan menerapkan anisotropi fluoresensi dua saluran dengan skema mereka saat ini. “Kami juga mempelajari dampak laser fluence tinggi dalam oksidasi jelaga dan grafitisasi – proses yang mungkin penting untuk membuat bahan nano berbasis karbon untuk sejumlah aplikasi teknologi,” kata Mishra.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/ultrafast-laser-camera-images-combustion-in-real-time/